材料工程基礎(chǔ)要覽

第1篇 材料科學(xué)與工程概論
第1章 材料科學(xué)與工程的提出與內(nèi)涵
1 材料是人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的里程碑
2 材料科學(xué)的形成與內(nèi)涵
3 先進(jìn)材料是社會(huì)現(xiàn)代化的先導(dǎo)
3.1 電子技術(shù)的發(fā)展
3.2 光纖通信的誕生
3.3 航空航天技術(shù)的進(jìn)步
4 傳統(tǒng)材料(基礎(chǔ)材料)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與可持續(xù)發(fā)展
5 材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)
5.1 材料制備工藝與技術(shù)的開(kāi)發(fā)
5.2 材料的應(yīng)用研究與開(kāi)發(fā)
5.3 開(kāi)發(fā)先進(jìn)材料，發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)
5.4 材料設(shè)計(jì)
5.5 科學(xué)儀器與檢測(cè)裝置
第2章 材料科學(xué)基礎(chǔ)
1 材料的結(jié)構(gòu)
1.1 原子的鍵合
1.2 晶態(tài)、非晶態(tài)及其他
1.3 晶體缺陷
1.4 聚合物的典型結(jié)構(gòu)
2 材料的相變
2.1 相變熱力學(xué)簡(jiǎn)介
2.2 凝固與熔化
2.3 固體中的擴(kuò)散
2.4 固態(tài)相變
3 材料的力學(xué)性質(zhì)
3.1 彈性
3.2 屈服與范性
3.3 斷裂
3.4 高聚物的黏性流變
4 材料的其他物理性質(zhì)
4.1 基本概念
4.2 材料的導(dǎo)電性
4.3 材料的磁性
4.4 介電性與鐵電性
第3章 基礎(chǔ)材料與新材料的現(xiàn)狀與發(fā)展
1 概述
2 鋼鐵材料
2.1 分類(lèi)概況
2.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
2.3 發(fā)展趨勢(shì)
3 有色金屬材料
3.1 分類(lèi)概況
3.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
3.3 發(fā)展趨勢(shì)
4 化工材料
4.1 分類(lèi)概況
4.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
4.3 發(fā)展趨勢(shì)
5 建筑材料
5.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
5.3 發(fā)展趨勢(shì)
6 電子信息材料
6.1 分類(lèi)概況
6.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
6.3 發(fā)展趨勢(shì)
7 航空航天材料
7.1 歷程與成就
7.2 航空材料
7.3 航天材料
7.4 航空航天關(guān)鍵功能材料
8 先進(jìn)陶瓷材料
8.1 結(jié)構(gòu)陶瓷
8.2 功能陶瓷
8.3 生物陶瓷
8.4 先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)及發(fā)展趨勢(shì)
9 先進(jìn)復(fù)合材料
9.1 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料
9.2 功能復(fù)合材料
9.3 先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展趨勢(shì)
10 新能源材料
10.1 新型二次電池材料
10.2 燃料電池材料
10.3 太陽(yáng)電池材料
10.4 核能材料
11 超導(dǎo)材料
11.1 實(shí)用NbTi合金超導(dǎo)材料
11.2 實(shí)用Nbsn超導(dǎo)材料
11.3 高溫氧化物超導(dǎo)材料
11.4 MgB2超導(dǎo)材料
11.5 超導(dǎo)材料的應(yīng)用
12 納米材料
12.1 納米材料的基本構(gòu)成和特性
12.2 納米材料研究發(fā)展的主要方向和內(nèi)容
12.3 納米材料的應(yīng)用和發(fā)展
13 生物醫(yī)用材料.
13.1 生物醫(yī)用材料的基本特性
13.2 生物醫(yī)用材料的分類(lèi)
13.3 生物醫(yī)用材料的評(píng)價(jià)試驗(yàn)和應(yīng)用發(fā)展
14 生態(tài)環(huán)境材料
14.1 生態(tài)環(huán)境材料的基本概念
14.2 生態(tài)環(huán)境材料研究發(fā)展的主要方向和內(nèi)容
14.3 生態(tài)環(huán)境材料的研發(fā)趨勢(shì)及應(yīng)用
第4章 材料與機(jī)械制造
1 材料在機(jī)械制造中的重要性和地位
2 機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中選材的幾點(diǎn)考慮
3 在機(jī)械設(shè)計(jì)選材過(guò)程中容易出現(xiàn)的幾個(gè)誤區(qū)
4 案例分析
參考文獻(xiàn)
第2篇 材料成形基礎(chǔ)理論
第1章 材料成形的冶金學(xué)原理
1 材料成形中的流體流動(dòng)
1.1 基本概念
1.2 基本方程
1.3 流動(dòng)阻力
1.4 特殊流體流動(dòng)
2 材料成形中的熱量傳輸原理
2.1 基本概念
2.2 導(dǎo)熱
2.3 對(duì)流換熱
2.4 輻射換熱
3 材料成形中的質(zhì)量傳輸原理
3.1 基本概念和傳質(zhì)微分方程
3.2 分子傳質(zhì)
3.3 對(duì)流傳質(zhì)
4 氣體-液體-固體之間的界面熱力學(xué)
4.1 界面能
4.2 界面的吸附現(xiàn)象
4.3 液體對(duì)固體的潤(rùn)濕性
4.4 材料工程與潤(rùn)濕
5 燃燒反應(yīng)的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)
5.1 燃料的著火
5.2 氣體燃料的燃燒
5.3 液體燃料的燃燒
5.4 固體燃料的燃燒
5.5 燃燒計(jì)算
6 熔液、熔渣與熔劑的性質(zhì)
6.1 溶液的活度
6.2 熔渣的性質(zhì)
6.3 熔劑的性質(zhì)
7 氧化還原反應(yīng)原理
7.1 氧化反應(yīng)的氧位圖
7.2 氧化還原熱力學(xué)條件
7.3 幾種典型的氧化還原反應(yīng)
第2章 材料成形分析的力學(xué)基礎(chǔ)
1 連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本概念
2 張量分析基礎(chǔ)
2.1 張量的基本概念
2.2 張量的定義與約定求和法
2.3 張量代數(shù)
2.4 張量的梯度、散度和奧高公式
2.5 各向同性張量
2.6 二階張量
3 運(yùn)動(dòng)與變形
3.1 變形幾何學(xué)
3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)
4 應(yīng)力
4.1 體力和面力
4.2 柯西應(yīng)力張量
4.3 其他應(yīng)力張量
4.4 應(yīng)力速率
5 基本方程和原理
5.1 基本方程
5.2 邊值問(wèn)題與初值問(wèn)題
5.3 虛功原理與虛功率原理
第3章 液態(tài)金屬的凝固原理
1 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)及特性
1.1 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)
1.2 液態(tài)金屬的主要特性
2 金屬材料的凝固生核與長(zhǎng)大
2.1 材料凝固過(guò)程中的均質(zhì)形核和非均質(zhì)形核
2.2 固-液界面結(jié)構(gòu)
2.3 凝固晶粒的長(zhǎng)大方式
3 液態(tài)金屬凝固過(guò)程中的傳熱
3.1 液態(tài)金屬凝固過(guò)程中的傳熱特點(diǎn)
3.2 非金屬型鑄造時(shí)(如砂型)的凝固傳熱
3.3 以界面熱阻為主(如金屬型鑄造)的凝固傳熱
4 液態(tài)金屬凝固過(guò)程中的溶質(zhì)分配
4.1 單相合金的平衡凝固
4.2 溶質(zhì)在固相中不擴(kuò)散，在液相中充分?jǐn)U散的凝固
4.3 溶質(zhì)在固相不擴(kuò)散，在液柑中有限擴(kuò)散而無(wú)對(duì)流的凝固
4.4 固相中無(wú)擴(kuò)散，液相中有限擴(kuò)散但有對(duì)流的凝固
5 金屬凝固過(guò)程中的“成分過(guò)冷”現(xiàn)象及胞晶形態(tài)
5.1 “成分過(guò)冷”現(xiàn)象及界面生長(zhǎng)穩(wěn)定性判據(jù)
5.2 “成分過(guò)冷”對(duì)組織形成的影響
5.3 細(xì)胞晶間的溶質(zhì)分配
5.4 枝晶臂間距
6 共晶凝固及包晶凝固
6.1 共晶組織分類(lèi)
6.2 非平衡狀態(tài)的共晶凝固
6.3 金屬.金屬共晶凝固
6.4 金屬-非金屬共晶凝固
6.5 包晶凝固
7 定向凝固和快速凝固
7.1 定向凝固
7.2 快速凝固
第4章 液態(tài)材料流動(dòng)問(wèn)題的分析方法
1 流體的連續(xù)介質(zhì)假設(shè)
2 影響流動(dòng)特性的基本因素
2.1 材料的物理屬性
2.2 流動(dòng)空間的幾何特征
2.3 流體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)條件
3 研究流動(dòng)問(wèn)題的基本途徑
3.1 總體衡算法
3.2 微元體衡算法
3.3 實(shí)驗(yàn)觀測(cè)法
4 邊界層理論
4.1 邊界層概念
4.2 邊界層計(jì)算
5 相似理論與量綱分析
5.1 流體力學(xué)的相似條件
5.2 黏性流體流動(dòng)的力學(xué)相似準(zhǔn)數(shù)
5.3 決定性相似準(zhǔn)數(shù)
5.4 量綱分析方法
第5章 固體材料的本構(gòu)關(guān)系
1 概述
1.1 固體材料本構(gòu)關(guān)系的一般原理
1.2 塑性成形分析中材料的變形和本構(gòu)關(guān)系的選取
2 彈性本構(gòu)方程
2.1 線(xiàn)彈性本構(gòu)方程
2.2 超彈性本構(gòu)方程
3 彈塑性本構(gòu)方程
3.1 概述
3.2 屈服準(zhǔn)則
3.3 流動(dòng)法則
3.4 強(qiáng)化規(guī)律
3.5 常用的塑性本構(gòu)關(guān)系
3.6 彈塑性問(wèn)題
3.7 熱彈塑性問(wèn)題
4 黏塑性本構(gòu)方程
4.1 一維黏塑性模型
4.2 一般應(yīng)力狀態(tài)下的黏塑性本構(gòu)方程.
4.3 常用的黏塑性模型
4.4 蠕變問(wèn)題
5 塑性細(xì)觀力學(xué)本構(gòu)關(guān)系
5.1 塑性細(xì)觀力學(xué)的基本概念
5.2 晶體塑性本構(gòu)方程
5.3 細(xì)觀損傷理論
5.4 應(yīng)變梯度塑性理論
第6章 金屬塑性成形中的摩擦
1 金屬塑性成形中的摩擦概論
1.1 摩擦對(duì)金屬塑性加工的影響
1.2 金屬塑性加工時(shí)摩擦的特點(diǎn)
1.3 目前計(jì)算摩擦應(yīng)力的二個(gè)常用公式
2 塑性成形中摩擦的分類(lèi)及機(jī)理
2.1 塑性成形中摩擦的分類(lèi)
2.2 摩擦機(jī)理
3 影響摩擦因數(shù)的主要因素
3.1 金屬的種類(lèi)和化學(xué)成分
3.2 模具的表面狀態(tài)
3.3 接觸面上的單位壓力
3.4 變形溫度
3.5 變形速度
4 塑性成形中的潤(rùn)滑
4.1 塑性成形中對(duì)潤(rùn)滑劑的要求
4.2 塑性成形中常用的潤(rùn)滑劑
4.3 潤(rùn)滑劑中的添加劑
4.4 塑性成形時(shí)的潤(rùn)滑方法
5 不同塑性成形條件下的摩擦因數(shù)
第7章 金屬塑性成形分析的近似解析法
1 主應(yīng)力法及其應(yīng)用
1.1 主應(yīng)力法的基本思想
1.2 主應(yīng)力法的應(yīng)用舉例
2 塑性成形問(wèn)題的滑移線(xiàn)解法
2.1 平面應(yīng)變的特性
2.2 滑移線(xiàn)的定義
2.3 滑移線(xiàn)場(chǎng)的基本方程
2.4 滑移線(xiàn)場(chǎng)的特征
2.5 常見(jiàn)滑移線(xiàn)的類(lèi)型
2.6 應(yīng)用實(shí)例
3 求解塑性成形問(wèn)題的上限法
3.1 虛功率原理的新形式
3.2 間斷概念、動(dòng)可容速度場(chǎng)
3.3 應(yīng)力間斷
3.4 速度間斷
3.5 上限法基本方程
3.6 應(yīng)用實(shí)例
參考文獻(xiàn)
第3篇 材料成形數(shù)值模擬
第1章 有限差分法
1 糞公陌擁乃逼近誤差
1.1 差分原理
1.2 逼近誤差
2 差分方程、截?cái)嗾`差和相容性
3 收斂性與穩(wěn)定性
3.1 收斂性
3.2 穩(wěn)定性
4 Im等價(jià)定理
第2章 彈性問(wèn)題有限元基本方法
1 彈性問(wèn)題有限元方法的一般過(guò)程
1.1 離散化過(guò)程
1.2 單元平衡方程組裝過(guò)程
1.3 約束處理過(guò)程
1.4 方程組求解過(guò)程
1.5 應(yīng)變、應(yīng)力回代過(guò)程
2 常用單元模型
2.1 單元模型分類(lèi)
2.2 單元模型構(gòu)造
2.3 等參單元
3 線(xiàn)彈性問(wèn)題幾何方程
3.1 三維問(wèn)題
3.2 二維問(wèn)題
4 線(xiàn)彈性問(wèn)題本構(gòu)方程
4.1 三維問(wèn)題
4.2 二維問(wèn)題
5 單元平衡方程列式
5.1 三角形單元
5.2 四邊形單元
5.3 空間單元
6 數(shù)值積分
6.1 Ham111er積分
6.2 Gauss積分
6.3 數(shù)值積分的階次選擇
第3章 板料成形數(shù)值模擬方法
1 板殼單元
1.1 薄膜單元
1.2 薄殼單元
1.3 中厚殼單元
1.4 等效彎曲單元
2 本構(gòu)方程
2.1 入流動(dòng)理論
2.2 人隨動(dòng)強(qiáng)化理論
2.3 各向異性理論
3 各向異性屈服函數(shù)
3.1 Hi11正交各向異性函數(shù)
3.2 Bar1at-Lian屈服函數(shù)
3.3 Bar1at六參量正交各向異性屈服函數(shù)
4 工藝條件約束處理
4.1 罰函數(shù)法
4.2 防御節(jié)點(diǎn)法
4.3 摩擦力的計(jì)算
4.4 板料沖壓成形界面滑動(dòng)約束處理
5 接觸搜索判斷
5.1 工具形狀的定義
5.2 接觸判斷
6 板料成形有限元方法
6.1 非線(xiàn)性方程組迭代解法
6.2 板料成形全量拉格朗日(TL)有限元方法
6.3 板料成形修正拉格朗日((L)有限元方法
6.4 板料成形虛功率增量型有限元方法
6.5 板料成形數(shù)值模擬算例
7 板料成形顯式有限元方法
7.1 動(dòng)力分析的虛功(率)方程
7.2 動(dòng)力顯式積分算法有限元方程
7.3 顯式時(shí)間積分的中心差分算法
7.4 臨界時(shí)間步長(zhǎng)的確定
8 板料成形有限元逆算法
8.1 有限元逆算法基本理論
8.2 初始場(chǎng)猜測(cè)
8.3 逆算法算例
第4章 體積成形數(shù)值模擬方法
1 剛塑性有限元法
1.1 概述
1.2 剛塑性變分原理
1.3 剛塑性有限元列式
1.4 剛黏塑性有限元法
1.5 體積成形過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)
1.6 計(jì)算實(shí)例
2 彈塑性有限元法
2.1 小變形彈塑性有限元法
2.2 有限應(yīng)變彈塑性有限元分析
2.3 有限元反向模擬
3 無(wú)網(wǎng)格法
3.1 概述
3.2 無(wú)網(wǎng)格法基本原理
3.3 有限元與無(wú)網(wǎng)格耦合
3.4 計(jì)算實(shí)例
第5章 鑄造成形數(shù)值模擬方法
1 鑄造凝固過(guò)程溫度場(chǎng)數(shù)值模擬
1.1 概述
1.2 數(shù)學(xué)模型
1.3 基于有限差分方法的離散
1.4 初始條件與邊界條件
1.5 潛熱處理
1.6 溫度場(chǎng)數(shù)值模擬流程圖
2 鑄造充型過(guò)程數(shù)值模擬
2.1 概述
2.2 數(shù)學(xué)模型
2.3 數(shù)學(xué)模型的離散
2.4 SOLA-VOF方法
2.5 初始條件與邊界條件
2.6 數(shù)值穩(wěn)定性條件
2.7 流動(dòng)與傳熱耦合計(jì)算
2.8 流動(dòng)場(chǎng)數(shù)值模擬流程圖
第6章 塑料注射成形數(shù)值模擬方法
1 注射成形CAE概述
1.1 注射成形CAE的概念
1.2 注射成形CAE的發(fā)展概況
1.3 注射成形CAE的發(fā)展趨勢(shì)
2 充模過(guò)程模擬
2.1 充模過(guò)程的數(shù)學(xué)描述
2.2 壓力場(chǎng)的計(jì)算
2.3 熔體流動(dòng)前沿位置的確定
2.4 溫度場(chǎng)數(shù)值求解
2.5 數(shù)值計(jì)算過(guò)程
3 保壓過(guò)程模擬
3.1 保壓模擬的重要性
3.2 保壓過(guò)程的數(shù)學(xué)模型
3.3 塑料熔體的特性模型
3.4 保壓模擬數(shù)值計(jì)算過(guò)程
4 冷卻過(guò)程模擬
4.1 一維冷卻分析
4.2 二維冷卻分析
4.3 三維冷卻分析
5 應(yīng)力分析
5.1 基本假設(shè)
5.2 保壓過(guò)程中的內(nèi)應(yīng)力模型
5.3 冷卻過(guò)程中的內(nèi)應(yīng)力模型
6 翹曲變形計(jì)算
6.1 翹曲變形計(jì)算的基本原理
6.2 線(xiàn)性翹曲變形有限元分析的數(shù)學(xué)模型
6.3 幾何非線(xiàn)性翹曲變形有限元分析的數(shù)學(xué)模型
7 注射成形模擬技術(shù)新進(jìn)展
7.1 傳統(tǒng)CAE軟件的局限性
7.2 理論與實(shí)現(xiàn)
7.3 軟件介紹
第7章 常用材料成形軟件簡(jiǎn)介
1 沖壓成形模擬軟件
1.1 FASTAMP軟件
1.2 DYNAFORM軟件
1.3 AU70FORM軟件
2 體積成形模擬軟件
2.1 概述
2.2 DEFORM軟件
2.3 Marc／AutoForge軟件
3 鑄造成形模擬軟件
3.1 使用范圍
3.2 分析內(nèi)容
3.3 缺陷預(yù)測(cè)
3.4 軟件特點(diǎn)
3.5 軟件功能
3.6 華鑄CAE應(yīng)用實(shí)例
4 塑料注射成形模擬軟件
4.1 常用軟件簡(jiǎn)介
4.2 注射成形CAE分析結(jié)果的指導(dǎo)意義
4.3 應(yīng)用實(shí)例
參考文獻(xiàn)
第4篇 材料成形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
第1章 概論
1 材料成形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在現(xiàn)代制造業(yè)中的地位和作用
2 材料成形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法概述
2.1 金屬體積塑性成形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
2.2 金屬板料沖壓成形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
2.3 注塑成形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
2.4 鑄造成形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
2.5 焊接成形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
3.21 世紀(jì)材料成形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法發(fā)展展望
第2章 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
1 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型
2 工程優(yōu)化問(wèn)題的迭代算法
3 無(wú)約束優(yōu)化方法
3.1 一維搜索方法
3.2 梯度法
3.3 牛頓法
3.4 變尺度法
第5篇 材料失效分析
第6篇 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)